PENSAMIENTO CIENTÍFICO: QUÍMICA

BLOQUE 1: LA MATERIA Y SUS CARACTERÍSTICAS

Química: es la ciencia que estudia la composición, propiedades y las transformaciones en la estructura interna de la materia . Para su
estudio se divide, principalmente, en: Química inorgánica y Química orgánica. La Química inorgánica estudia las sustancias que
provienen de minerales, metales, ácidos, bases, entre otros; la Química orgánica estudia los compuestos que contienen carbono en su
molécula.

Ramas de la química:

Breve historia de la química.

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Ciencias Auxiliares de la Química.

Una ciencia auxiliar es aquella que funciona como soporte de otra ciencia, para que ésta cumpla con sus metas y objetivos. Se trata de
disciplinas científicas que pueden complementar a una ciencia en casos específicos.

La Química es una ciencia porque es un conjunto de conocimientos ordenados sistemáticamente acerca del universo, obtenidos por la
observación y el razonamiento, que permiten la deducción de principios y leyes generales. Asimismo, es interdisciplinaria, es decir, se
relaciona con otras ciencias y disciplinas, teniendo una infinidad de aplicaciones en el medio que nos rodea, como lo hace con Física,
Matemáticas, Biología, Medicina y Geología, por mencionar algunas.

Propiedades de
la materia

La materia es
todo aquello que
ocupa un lugar
en el espacio y
tiene masa.

La ley de la
conservación
de la materia,
también llamada
ley de Lavoisier,
postula: "La
materia no se
crea ni se
destruye, sólo se
transforma y
permanece
constante en el
universo". Esto
nos indica que la
materia
permanece
constante y no
se altera, es
decir, resulta la
misma antes y
después del
cambio.

Masa es la
cantidad de
materia
contenida en un
cuerpo. Una
porción limitada
de la materia es
un cuerpo. Todas las sustancias poseen un conjunto de características que las distinguen de todas las demás y les proporcionan una
identidad inconfundible; tales cualidades o propiedades de la materia se clasifican en generales, particulares y específicas.

Propiedades generales

Son aquellas que todos los cuerpos poseen sin importar su estado físico o de agregación. Son también conocidas como propiedades
extensivas, ya que se caracterizan porque dependen de la cantidad de materia presente.

• Masa: cantidad de materia que posee un cuerpo y no cambia en el universo.

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• Peso: acción de la gravedad de un planeta o una estrella sobre la masa de los cuerpos.

• Volumen o extensión: espacio que ocupa un cuerpo.

• Inercia: medida de la masa de un cuerpo. Resistencia de los cuerpos a cambiar su estado de reposo o de movimiento.

• Impenetrabilidad: dos cuerpos no pueden ocupar el mismo espacio, al mismo tiempo.

• Divisibilidad: cualquier cuerpo puede dividirse o fragmentarse en porciones más pequeños, como partículas, moléculas, átomos.

• Porosidad: los cuerpos están formados por partículas diminutas con espacios vacíos entre sí, llamados poros, que permiten el paso de
sustancias de menor tamaño.

• Elasticidad: los cuerpos pueden cambiar de forma cuando se les aplica una fuerza y recuperar la original tan pronto desaparezca la
fuerza que se aplicó.

Propiedades particulares

Solamente se encuentran en un grupo de sustancias determinado.

• Ductilidad: propiedad de los metales para transformarse en hilos, alambres, tubos, etcétera.

• Maleabilidad: facultad de los metales para extenderse en forma de láminas o placas.

• Dureza: resistencia de los cuerpos a ser rayados o penetrados por otro. (El gis es blando, y el diamante, duro).

• Tenacidad: resistencia que tiene un cuerpo a romperse o deformarse cuando se golpea o se le aplica una fuerza.

Propiedades Específicas

Permiten distinguir a una sustancia de otra; se conocen también como propiedades intensivas ya que no dependen de la cantidad de
materia; entre ellas se pueden mencionar las siguientes:

• Densidad: relación que existe entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa éste.

• Solubilidad: cantidad de soluto capaz de saturar 100 g de disolvente a una temperatura dada.

• Punto de fusión: temperatura a la que coexisten los estados sólido y líquido.

• Punto de ebullición: temperatura a la cual un líquido se transforma en vapor o gas.

• Conductividad eléctrica: facilidad de permitir el paso de la corriente eléctrica.

• Viscosidad: resistencia de algunos cuerpos (líquidos) para fluir o deslizarse con facilidad.

• Entre otras propiedades específicas están: color, olor, sabor (propiedades organolépticas), combustión, calor específico,
conductividad térmica, peso específico, corrosión, reducción, electronegatividad, afinidad electrónica, radio atómico, número atómico,
oxidación, etcétera.

También, las sustancias en el mundo, tal y como las conocemos, se caracterizan por sus propiedades físicas o químicas.

Propiedades físicas: Son aquellas que se pueden medir sin que se afecte la composición o identidad de la sustancia. Como ejemplo
tenemos el punto de fusión (del agua).

Propiedades químicas: Se observan cuando una sustancia, al interaccionar con otra, experimenta un cambio en su estructura interna o
molecular, transformándose en otra sustancia; dichos cambios químicos son, generalmente, irreversibles. Ejemplos son la formación
de agua, un huevo cocido, madera quemada.
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La diversidad de las sustancias: elementos, compuestos y mezclas.
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Métodos de Separación de Mezclas.

Centrifugación: Se utiliza para componentes de una mezcla homogénea. En ésta, se somete una mezcla a diferentes
velocidades de rotación, quedando separados sus componentes de acuerdo con las velocidades de depósito de cada
sustancia. Por ejemplo, se puede eliminar la crema de la leche; y separar los diferentes componentes de la sangre, como
glóbulos rojos, glóbulos blancos, plaquetas y suero, etcétera.
Destilación: Permite separar los componentes de una mezcla homogénea, aprovechando la diferencia de la temperatura de
ebullición de las sustancias. Consiste en calentar lentamente la mezcla de dos líquidos; la sustancia de menor punto de
ebullición se convertirá en vapor primero, recolectándose en un refrigerante para condensarlo en otro recipiente, y la otra
quedará líquida.
Cromatografía: Usado en mezclas homogéneas, es un método que permite analizar, identificar y separar los componentes
de una mezcla al pasar a través de un soporte fijo (columna) o de un medio adsorbente (papel, sílica gel), el cual hace que
los diferentes componentes queden adheridos en su superficie, originando bandas de colores, según su velocidad de
desplazamiento, con la ayuda de un disolvente o diluyente. Actualmente, la cromatografía permite separar vitaminas,
determinar la presencia de contaminantes en el ambiente, y realizar análisis de drogas y fármacos en sangre, saliva u
orina.
Evaporación: consiste en calentar la mezcla hasta el punto de ebullición de uno de los componentes, de manera que se
evapore totalmente y sólo quede la otra sustancia.
Cristalización: sirve para separar sólidos disueltos en un líquido; al término, el sólido queda cristalizado y el solvente se
elimina. Como ejemplo mencionamos la obtención de sal común (NaCl) a partir de agua de mar.
Decantación: se utiliza cuando la mezcla es heterogénea y contiene un líquido y un sólido. Primero se deja reposar y al
cabo de un tiempo, se distinguirán las dos partes. Con mucho cuidado, la fase liquida se vierte en un recipiente y la sólida
sedimentada se deja en el fondo del recipiente original. Como lo observamos entre el agua y la arena.
Filtración: Proceso físico que se utiliza para separar una sustancia líquida de una sólida, en una mezcla heterogénea. Aquí
la mezcla se hace pasar por un material poroso, donde el sólido queda atrapado. El líquido pasa y se recolecta en otro
recipiente. Como ejemplo tenemos la separación de impurezas insolubles en el agua.
Sublimación: En una mezcla heterogénea se puede lograr la separación de uno de los componentes, si uno de ellos pasa
directamente de sólido a gas; es decir, se sublima y el resto de la mezcla no. Ejemplos son limadura de hierro, yodo y
azufre.
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Imantación o magnetización: Se usa para separar sustancias magnéticas, como el hierro, de otras que no lo son. La
propiedad de ser atraídas por los imanes que presentan estas sustancias se aprovecha para separarlas del resto de los
componentes de una mezcla. Por ejemplo, para separar limaduras de hierro mezcladas con azufre o con arena.
Los Estados de Agregación de la Materia.
Entre los átomos y las moléculas existen fuerzas de cohesión y de repulsión que darán lugar a los tres principales estados
físicos o de agregación de la materia que son: Sólido, Líquido y Gaseoso, además de ellos hay un cuarto y un quinto
estado de agregación. El cuarto estado se conoce como Plasma y a continuación se presentan las características de ellos:

Propiedades de los estados de agregación

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Cambios de Estado de agregación.

Los estados físicos dependen de la temperatura y la presión a la que se encuentran, y se pueden convertir entre sí:

Cambios Físicos y Cambios Químicos.

En la naturaleza existen principalmente dos tipos de cambios o fenómenos: los físicos y los químicos.
Cambios o Fenómenos físicos: son aquellos donde no se modifica la estructura molecular interna de la materia, como los
siguientes:

 Cambios de estado o de agregación: evaporación, fusión, solidificación, etc.

 Cambios de posición o de forma: movimiento de un automóvil, moldear plastilina.
 Formación del arcoíris
 Solubilidad
 Electricidad
 Cortar un papel
Cambios o Fenómenos Químicos:
Son aquellos que transforman y modifican a la estructura molecular, interna o externa, de la materia. Por ejemplo:
• Oxidación: transformación de un cuerpo por la acción del oxígeno o de un oxidante.
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• Combustión: reacción entre el oxígeno y un material combustible que, por desprender energía, suele causar
incandescencia o flama.
• Fermentación de los carbohidratos: proceso químico por el que se forman los alcoholes y los ácidos orgánicos.
• Respiración: proceso mediante el cual los seres vivos absorben y expulsan el aire tomando parte de las sustancias que lo
componen, y realizando reacciones metabólicas por las cuales las células reducen el oxígeno, con producción de energía y
agua.
• Fotosíntesis: proceso metabólico por el que algunas células vegetales transforman sustancias inorgánicas en orgánicas,
gracias a la transformación de la energía luminosa en energía química producida por la clorofila.
Relación de la Materia con la Energía.
Durante muchos años los científicos pensaron que la cantidad total de masa y energía del universo es constante.
Describieron estas observaciones en forma de dos leyes:
• Ley de conservación de la masa: la masa se conserva siempre, es decir, no se crea ni se destruye masa durante los
cambios físicos y químicos (la masa no se crea ni se destruye; sólo se transforma). La aseveración indica la cantidad total
de masa que hay en el universo se mantiene constante.
• Ley de conservación de la energía: la energía se conserva siempre, pues no se crea ni se destruye sólo cambia de forma,
es decir, no se crea ni se destruye durante los procesos químicos. Esta aseveración indica que la cantidad total de energía
que hay en el universo se mantiene constante.
A principios del siglo XX, Albert Einstein demostró que la masa puede convertirse en energía y que la energía puede
convertirse en masa. Einstein expresó tal relación en una ecuación matemática:
E = mc2
En esta ecuación, E = la energía liberada (en joules), m = la masa de la materia que toma parte (en kg) y c = una constante
que es la velocidad de la luz en el vacío (300 000 000 m/s).
Formas de Energía.
Todo cambio que sufre la materia es un fenómeno que puede ser químico o físico, y para producirlo se requiere de algún
tipo de energía: química, mecánica (potencial o cinética), calorífica, etc.
• La energía química es la retenida en alimentos y combustibles debido a la transformación de sustancias químicas que
contienen aquéllos o algunos elementos; posibilita mover objetos o generar otro tipo de energía.
• La energía mecánica se debe a la posición y al movimiento de un cuerpo y es la suma de la energía potencial y cinética
de éste en movimiento. Refleja la capacidad que tiene para hacer un trabajo. Dicha energía se divide en potencial y
cinética.
a) La energía potencial mide la capacidad que tiene un sistema para realizar un trabajo en función exclusivamente de
su posición. Puede pensarse como la energía almacenada en el sistema.
b) La energía cinética la posee un objeto debido a su movimiento, y depende de la velocidad y la masa del objeto.
• La energía calorífica se manifiesta en forma de calor. En todos los materiales los átomos que forman sus moléculas están
en movimiento continuo, ya sea trasladándose o vibrando. Este movimiento implica que los átomos tienen una
determinada energía cinética a la que nosotros llamamos calor o energía calorífica.
Transformaciones de la Energía
La energía se encuentra en constante
transformación, pasando de una forma
a otra. De acuerdo con la ley de la
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conservación de la energía, "la energía no se crea ni se destruye, sino que se transforma de una forma de energía a otra u
otras".
Ejemplos de esas transformaciones son los siguientes:
• El encendido de una bombilla, pues cuando accionamos un interruptor, la energía eléctrica llega al filamento
incandescente de la bombilla, lo calienta (energía calorífica) y aquél emite luz (energía luminosa), de modo que la energía
eléctrica se transformó en energía calorífica y luminosa.
• En un volcán, la energía interna de las rocas fundidas puede transformarse en energía térmica produciendo gran cantidad
de calor; las piedras lanzadas al aire y la lava en movimiento poseen energía mecánica. Se produce así la combustión de
muchos materiales liberando energía química, entre otras.
En esas transformaciones la energía se degrada y pierde calidad. En cualquier transformación, parte de la energía se
convierte en calor o energía calorífica. Cualquier tipo de éstas puede transformarse íntegramente en calor; pero, éste no
puede transformarse íntegramente en otro tipo. Se dice, entonces, que el calor es una forma degradada de energía; por
ejemplo, la energía eléctrica, al pasar por una resistencia; la energía química, en la combustión de algunas sustancias; y la
mecánica, por choque o rozamiento.
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Los automóviles y otros

vehículos funcionan con
derivados del petróleo

Energía Acústica